苎麻落麻纤维增强热固性树脂复合材料的制备及性能研究

２００２阜１月　玻璃钢／复合材料　１３　苎麻落麻纤维增强热固性树脂复合材料的制备及性能研究・　张一甫　张长安　（岳阳师范学院化学化工系４１４０００）（国防科技大学航天与材料工程学院）　摘要：本文夼绍了落麻纤堆、落麻热压毡、落麻无纺毡制备熟固性树腊复合材料的工艺过程；比较了这三种复合材料的力学　性能；结果表明，用无纺毡制备复合材料的方法可较大幅度提高纤堆台量，能较好地解决落麻纤维在复合材料中的分散问题。　关键词：　苎麻落麻、无纺毡、纤堆增强、热固性、复合材料　ｌ前言　酮，工业纯，市售。　２．２仪器与设备　近年来随着复合材料的新品种及新工艺不断出　现，复合材料日益受到人们的重视。高性能天然纤　维复合材料的研究与开发应用为复合材料开辟了新　的应用领域。与玻璃纤维及碳纤维相比由于麻类天　然纤维具有可再生性强，纤维可自然降解，价格低廉　等优点，越来越　【起复合材料界的关注　Ｊ。苎麻纤　维的纤维素含量高，强度大、纤维长度长，在麻类纤　维中性能最为突出，属高性能的天然植物纤维＿２Ｊ。　我国是苎麻的主要产地，产量占世界的９０％以上，苎　ＷＦＡ９２２Ａ型开松机，常州锦益机械厂；ＡＳ—　ＢＧ２１４Ａ型高产梳理机，常州锦益机械厂；ＹＢＧ２５６．　１５０×６６０型铺网机，江苏仪征纺织机械厂；ＢＧ３１１．　６６０型预针刺机，江苏仪征纺织机械厂；ＢＧ３１１ＣＡＹ一　６６０型针刺机，江苏仪征纺织机械厂；１７５ｔ热压成型　机，国营和平机器制造厂；ＫＹＫＹ．ＩＯ００Ｂ型扫描电子　显微镜，中科院科学仪器厂；ＣＳＳ－１　１０１型电子万能试　验机，长春试验机厂。　２．３落麻纤维毡的制备　麻在纺织过程中，产生大量的落麻。利用落麻作为　复合材料增强体，开发天然可降解的复合材料，不仅　为麻纤维开辟除纺织以外的新的应用空间，为落麻　利用找到新的增值途径，而且可以探索苎麻纤维增　强复合材料新体系，意义十分重大。落麻是纺织过　程中经脱胶、漂白、干燥后梳理下来的纤维，其纤维　相互缠结，呈乱絮膨松状，用作复合材料增强体时，　纤维分散不匀，树脂难以浸润，致使工艺性能差，纤　维含量难以提高，影响复合材料的性１ｊ色＿　。因此，要　提高落麻纤维复合材料的性能，首先需要解决纤维　的分散性问题。本文采用制备落麻热压毡及无纺毡　的方法使落麻纤维在复合材料中的分散状况改善，　纤维含量与复合材料性能得到提高。　（１）落麻纤维热压毡的制备　落麻纤维用弹花机弹松在平板上铺均匀，用网　线将纤维固定好，面密度控制在６８０ｇ／ｍ２，将其裁成　３６０×３６０ｍｍ的方块，均匀喷上少量的水后，在室温　下放置２０ｒａｉｎ，装入平板模具，放入热压机，在８Ｏ℃　接触压下保温３０ｍｉｎ，取出，在８Ｏ℃烘箱中烘干，得　到热压毡。　（２）无纺针刺苎麻落麻毡的制备　苎麻落麻纤维先经过开松、梳理，再由铺网机铺　网，然后经预针刺、主针刺制成落麻无纺针刺毡。面　密度控制：１６０ｇ／ｍ２；铺网机底帘速度２．３２　２．８１ｍ／　ｍｉｎ，预针刺频率１２００次／ｍｉｎ，主针刺频率３０００次　／ｍｉｎ，得到苎麻落麻无纺针刺毡，以下简称无纺毡。　２．４复合材料的制备　（１）不饱和聚酯复合材料的制备　配好的不饱和聚酯树脂胶液（１９１树脂中加入固　化剂与促进剂）均匀地喷涂于平铺均匀的落麻纤维　上，用辊子滚压几遍，使树脂胶液浸透落麻纤维；将　其装入平板模中，在１７５ｔ压机上施加０　２ＭＰａ的压　力，在室温下固化２４ｈ，脱模，记为Ｐ一１。用同样的　２实验部分　２．１原材料与试剂　苎麻落麻纤维在益阳麻纺厂现场收集，其直径　分布为１２—６０　ｍ，长度分布２０—５０ｍｍ，平均单丝强　度４６０ＭＰａ；１９１不饱和聚酯树脂，广东省番禺市福田　化工有限公司；Ｅ一５１环氧树脂，岳阳化工总厂树脂　分厂；过氧化甲乙酮，广东省番禺市福田化工有限公　司；二乙烯三胺，化学纯，上海染料化工十四厂；环烷　酸钴，工业纯，广东省番禺市福田化工有限公司；丙　树脂配比与成型方法将落麻针刺毡、热压毡制成复　合材料，记为Ｐ一２和Ｐ一３，并作一个树脂浇注体，用　・参加本研究的人员还有肖加余　曾竟成、刘均、王春齐、张小静、陈湘生　姜斌武。　诩嘞－擞：　疆　维普资讯 http://www.cqvip.com

１４　苎麻落麻纤维增强热固性树脂复舍材料的制备厦性能研究　２１３０２年１月　于对比，记为Ｐ一４。　能试验机上进行拉伸与弯曲性能测试，所得数据见　（２）环氧树脂复合材料的制备　配好的环氧树脂胶液均匀地喷涂于平铺均匀的　落麻纤维上，使树脂胶液浸透落麻纤维；在室温下晾　置４ｈ后放人５０％的烘箱中烘４０ｒａｉｎ，装入８０％的平　板模中，加０．２ＭＰａ的压力，保温２０ｒａｉｎ，升温至　１２０￣Ｃ，保温、保压５ｈ，自然冷却后脱模，记为Ｈ一１。　环氧树脂配比见表１。　表１环氧树脂基体配方表　表２、３。复合材料的拉伸断口在真空条件下喷金，用　ＫＹＫＹ一１０００Ｂ型扫描电子显微镜在１０ＫＶ电压下　放大５００倍观察复合材料断口微观形貌。　３结果与讨论　３．１　复合材料的力学性能　从表２、３可以看出，没有采用毡制备复合材料　时，纤维含量很难提高，仅为８％左右，纤维增强的效　果不明显。复合材料拉伸与弯曲强度及模量与树脂　浇铸体相比几乎没有提高。制毡后纤维含量较大幅　度增加，复合材料的力学性能得到改善。其中，模量　提高的幅度较大，而对聚酯树脂拉伸强度及两种树　上述配好的树脂用同样的方法浸透落麻针刺毡、热　压毡，在相同的工艺条件下压制成型，记为Ｈ一２和　Ｈ一３；作一树脂浇铸体，用作对比试验，记为Ｈ一４。　２．５复合材料性能测试　脂的弯曲强度提高幅度不大。这可能是落麻的加入　增加了材料中的缺陷以及复合材料界面性能较差的　原因。另外，从表２、３还可以看出，落麻纤维对环氧　树脂基体的增强效果比不饱和聚酯树脂好，说明了　落麻纤维大量含有“一０１４”基团，与具有极性的树脂　复合效果好。　将前面所制备的复合材料，根据ＧＢ１４４７—８３与　ＧＢ１４４９—８３，裁成试样，在ＣＳＳ一１１０１微机控制万　表２复合材料拉伸性能　（下转第３５页）　ｉ朋　劳ｃＭ髫　匣　ｉ置　维普资讯 http://www.cqvip.com

玻璃钢／复合材料　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｂｅｒ　ｏｐｔｉｃ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｍｅ￣ｕｆｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｔｒａｉｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｐｔｉｃ　ｆｉｂｅｒ　Ｂｒａｇｇ　ｆｉｂｅｒ　ｇｒａｔｉｎｇ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　（上接第１４页）　３．２复台材料断口形貌分析　从图１可见，不饱和聚酯及环氧树脂与落麻纤　相比有较大提高，但两者力学性能差别不大，见表３、　４。无纺毡中的落麻经过工业开松机与铺网机后分　散均匀，经针刺后纤维之问相互抱合，使毡具有一定　的强度，因此在制备复合材料时，操作性能好。从图　３、４可见，与热压毡相比，其纤维分布均匀，局部缺胶　现象较少，说明无纺制毡是一种好的分散方法。　４结图ｌ落府／聚酯断口彤貌　图２热压毡／聚酯断口彤貌　论　（１）采用制毡方法来制备复合材料，可以大幅度　增加复合材料中纤维含量，从而可提高复合材料力　学性能；　（２）落麻纤维对环氧的增强效果较不饱和聚酯　显著；　（３）无纺制毡是实现落麻纤维分散的有效方法　参考文献　１　肖加余，曾竟成等高性能天然纤维复音材料及其制品研究与开发　图３无纺｛圭／聚酯断口形貌图４无坊鞋／环氧断口形貌　现状．玻璃钢／复台材料，２０ＯＯ（２）：３８—４０　维的浸润性较好（落麻／环氧ＳＥＭ照片未列出），但　制备复合材料时工艺性能差，纤维含量难以提高；胶　少时，纤维不易被胶浸透，而胶多又致使压制时跑胶　严重，造成胶的浪费。在采用落麻热压毡制备复合　材料时，落麻热压毡中纤维分散不均匀，某些区域纤　维致密，树脂不能渗透，存在局部缺胶现象，图２说　明了这一点。尽管纤维含量与无纺毡增强复合材料　２唐建国，胡克鳌天摭植物纤维的改性与树脂基复台材料．高分子　通报，１９９８，６（２）：５６～６１　３郁崇文等苎麻纱线生产工艺与质量控制．中国纺织大学出版杜．　上海，１９９７　４姜繁昌．麻类纤维理化性能研究苎麻纺织科技．１９９５．１８（５、６）：６　—９　５杨桂成等剑麻纤维／酚醛树脂复音材料研究玻璃钢／复音材料、　１９９７（３）：１２～１３　ＳＴＵＤＹ　ＯＮ　ＰＲＥＰＡＲＡＴＩＯＮ　ＡＮＤ　ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ　０ｌＦ　ＲＡＭ皿Ｎ０Ⅱ　ＦｍＥＲ　ＲＥⅡ　暇ＣＥＤ　Ｚｈａｎｇ　Ｙｉｆｕ　Ｚｈａｏｇ　Ｃｈａｎｇａｎ　（Ｙｕｅｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）　（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍｏｓｅｔｔｉｎｇ　ｒｅｓｉｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｒｏｍ　ｒａｍｉｅ　ｎｏｉｌ　ｉｆｂｅｒ，ｈｏｔ　ｐｒｅｓｓ　ｆｅｌｔ　ａｎｄ　ｎｏｌ￣ｗｏｖｅｔａ　ｆａｂｒｉｃｓ￣／ｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｓ　ｗｅｅｒｅ　ｃｏｍｐａｒｅｄ．　Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｒａｍｉｅ　ｎｏｉｌ　ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ　ｆｂｒａｉｃｓ　ｃｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｂｌａｙ　ｆｉｅｒ　ｃｏｎｔｂｅｎｔ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｓｃａｔ—　ｔｅｒｅｄ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｎｏｉｌ　ｆｉｅｒ　ｂｉｎ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．　￣ｗｏｒｄｓ：ｒａｍｉｅ　ｎｏｉｌ　ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ　ｆａｂｒｉｃｓ　ｆｉｅｒｂ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ　ｔｈｅｒｍｏｓｏｔｔｉｎｇ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　李睁穗　翟蕈瑗№